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如今在高科技迅速發展的同時，航空航海的技術也在變化。早期的海量資料記錄主要是使用錄音帶機，但存放在錄音帶機中的資料儲存條件較高，它容易受到天氣和濕度等環境的影響，是以這就要求無論是星載還是艦載方面，有一種能夠在惡劣環境下正常工作，并且易于儲存的大容量視訊記錄裝置。是以本文介紹了一種基于半導體存儲晶片K9WBG08UlM的大容量存儲器，以很好的滿足工業控制或軍事領域等惡劣環境下的使用要求。
1.大容量存儲器設計
1.1系統組成
整個視訊壓縮與大容量資料存儲系統一般由多路視訊服務終端、中心控制分系統、大容量電子存儲陣列等組成。其中，多路視訊服務終端用于視訊信号的采集和壓縮，壓縮後的視訊資料通過網絡送入存儲陣列儲存，也可以通過以太網送到指定的使用者進行浏覽;中心控制分系統以高性能嵌入式處理器BF537為核心，可完成視訊服務終端的控制，存儲陣列資料的讀出。它通過百兆以太網與上位機進行高速資料交換;存儲陣列可提供高達4T的存儲深度，它由10塊400MByte容量的獨立存儲闆組成，可為多路視訊服務終端提供同時存儲服務，存儲媒體采用大容量非易失NAND-Flash晶片K9WBG08U1M，單片存儲容量為32Gbit，每塊存儲闆都可由視訊服務終端寫入，并由中心控制分系統讀出。其系統組成框圖如圖1所示。
圖1 系統組成框圖
1.2系統工作原理
錄影機輸出的視訊信号進入視訊采集壓縮卡後，首先通過A/D變換器進行視訊信号采集，采樣後輸出的數字視訊信号經FPGA整理後進入數字信号處理器DSP，然後對視訊資料在DSP中按照MPEG4協定進行視訊壓縮，形成MPEG4格式的視訊資料流;每塊采集壓縮闆的視訊資料流可實時儲存到存儲陣列中。如果有使用者需要通路，則将該資料流打包後發送給指定的使用者。
壓縮和存儲過程受主要計算機的控制。如果有使用者需要浏覽儲存的視訊資料，則需要向主要計算機發出浏覽請求，主要計算機接受後，即可通過讀資料邏輯選擇存儲陣列中的資料塊，然後讀出後打包并發送給指定的使用者。主要計算機可以同時響應多個使用者的請求。
2.大容量電子存儲陣列設計
2.1資料收發接口
存儲闆的資料收發可通過DSP實作。考慮到與前端晶片選擇的一緻性，是以選擇ADSP-BF533為資料收發處理器。執行存儲操作時，BF533将從輸入/輸出總線并行外設接口(PPI)接收中心控制闆發送的存儲資料，并将其緩存到SDRAM，同時按照K9WBG08U1M的程式設計時序要求形成存儲器的程式設計指令，再通過FPGA發送到K9WBG08U1M存儲晶片;而在執行讀操作時，BF533則通過FPGA向K9WBG08U1M發送讀操作指令，以讀取指定區域的資料并緩存到SDRAM存儲器中，然後通過輸入/輸出總線(PPI)發送到中心控制分系統并将其回送給上位機進行浏覽。
2.2存儲器通路控制接口
每塊存儲闆的通路控制接口均可由兩片FPGA實作。 由于闆上有100片存儲晶片K9WBG08U1M，而輸入/輸出總線隻有一套，是以，對晶片的通路需要通過總線驅動和譯碼邏輯來實作。該邏輯可由FPGA晶片EP2C35F67218實作，它同時可通過EBIU總線與DSP進行資料交換。存儲晶片寫入或讀出的資料需通過EP2C35。由于闆上有100片存儲晶片都連接配接到EP2C35的一套I/O引腳上，故會導緻負載過大而無法工作，是以，可将存儲晶片4個一組，共用一套EP2C35的I/O引腳驅動，以保證足夠的驅動能力。來自總線的位址信号輸入到位址譯碼器，用于選擇存儲晶片。輸入為7位位址線，輸出存儲晶片選擇信号csl～csl00其具體接口連接配接如圖2所示。
圖2 存儲器通路控制接口圖
3.檔案管理
由于存儲陣列的存儲深度達4TB，而拍攝的檔案時長和壓縮後的檔案大小是不固定的，是以，根據Flash器件的固有特性，可建構一個适合管理NAND Flash存儲器的FAT檔案系統，并通過改進FAT表的存儲方式來延長存儲器的使用壽命，提高系統存儲的穩定性。但這是以需要對每次任務拍攝的視訊檔案進行管理，為此，可在本系統中設計一個簡單的檔案記錄系統，包括檔案名、存儲位址、檔案大小、對應錄影機号、拍攝時間和時長，記錄下來的資訊可儲存在FLASH中的FAT表項區域中，用于滿足基本的檔案管理操作，如删除、拷貝、剪切、下載下傳、陣列格式化等。
3.1檔案寫入
當中心控制分系統接收到開始拍攝指令後，可通過網絡發送開始指令給前端視訊采集系統，同時依照錄影機号和存儲陣列的對應關系發送開始指令給存儲陣列，存儲陣列建立檔案索引表項後，即開始等待接收視訊資料，直到中心控制分系統接收到上位機發送的結束指令，再寫入檔案名、檔案長度等有關資訊，進而完成一次檔案寫入過程。
3.2檔案下載下傳
當有使用者需要浏覽存儲在存儲陣列當中的檔案資訊時，上位機可發送浏覽指令給中心控制分系統。由中心控制分系統按照與存儲陣列之間的協定發送浏覽指令，存儲陣列從存儲器當中取得儲存的視訊檔案記錄資訊并生成檔案清單，然後打包回送給中心控制分系統後，按照FIP下載下傳格式回送給上位機顯示，使用者可以依據回送的資訊清單選擇檔案進行下載下傳操作。為了使下載下傳速度和網絡傳輸速度比對，本文設計了帶流量控制的下載下傳模式，以使下載下傳速度可以完全由中心控制分系統控制。
3.3檔案管理
事實上，NAND Flash存儲器有時也會出現位反轉現象，同時在使用中也可能會有壞損單元。是以，資料寫入必須在空白的區塊或者擦除後的區塊中進行，其底層技術要求以塊為機關進行擦除，再按頁寫入。如果在存儲陣列當中有無用的視訊資料，使用者可以按照需要選中相應的檔案，提取出檔案存放的位址參數後再進行檔案删除操作。考慮到存儲陣列的壽命問題，要使每個晶片的使用機率大概相等，本設計采用順序存儲的格式來存放檔案。
但是，當删除檔案之後，就會在存儲陣列中留下大量的未用空白區域，使得存儲陣列的使用率大為降低，為此可在存儲陣列當中設計存儲陣列檔案整理功能和格式化功能，當空白區域所占用的比例較高時，由上位機發送檔案整理指令給中心控制分系統，以便中心控制分系統控制存儲陣列進行檔案整理操作，整理完成後回送狀态給上位機。對于存放的比較重要的檔案，可用檔案拷貝指令在幾個存儲陣列之間進行檔案備份，以提高系統的可靠性。而在存儲陣列當中，當有用檔案占有率很少但是檔案又很多的情況下，可以拷貝出有效檔案，然後對存儲陣列進行格式化。
NAND-Flash存儲器
以上就是基于視訊壓縮系統中的大容量存儲器設計介紹了。這種設計友善靈活，可以借鑒，以用來設計高速、大容量、高可靠性的電子儲存設備，而使用半導體存儲晶片作為存儲媒體則具有存儲密度高、無轉動部件、可靠性高、體積小、重量輕等特點。總之，本文所設計的系統能夠很好地滿足初始的預期效果，現在已經在某型系統上得到了應用。
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